[논문]필름 두께 측정용 투과 양극형 x-ray tube의 개발 및 특성

김성수; 김도윤

doi:10.5757/jkvs.2008.17.3.240

필름 두께 측정용 투과 양극형 x-ray tube의 개발 및 특성
Development and Characteristics of the x-ray transmission anode tube for the thickness measurement of film 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.17 no.3, 2008년, pp.240 - 246

초록
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수십에서 수백 ${\mu}m$ 영역의 필름 두께 측정에 적용하기 위한 Ag-target 투과양극형 x-ray tube를 개발하고 특성을 조사하였다. 10kV 부근의 관전압에서 x-ray 에너지의 분포 및 선량특성을 조사하고 W-target tube와 비교하여 논의하였다. 또한 Ag-target tube와 W-target tube를 이용하여 Ny film과 PP film의 두께변화에 따른 x-ray의 투과 특성으로 조사하였고, 그 결과 개발된 x-ray tube는 필름두께 측정용으로 적용할 수 있을 만큼 충분히 좋은 특성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The x-ray transmission anode Ag-target tube was developed to apply for the thickness measurement of film in the thickness range of several tens$\sim$several hundreds ${\mu}m$ and its characteristics were evaluated. The energy distribution and dose of x-ray from Ag-target tube was investigated at the tube voltage near 10 kV, and discussed in comparition with that from W-target tube. The energy distribution and dose of x-rays passing through film were measured with various thickness of Ny and PP film. From these results, it was confirmed that our x-ray tube can be applied for the thickness measurement of film.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 In-Line 필름두께 측정에 적용하기 위한 투과양극형 Ag-target tube를 개발하여 특성을 조사하였다. 필름두께 측정을 위해서는 10 keV 이내의 x-ray를 사용하기 때문에 10 keV용으로 개발하였고, 먼저 개발된 W-target tube[4]와 비교 분석하였다.
수십에서 수백 μm 영역의 필름 두께 측정에 적용하기 위한 Ag-target 투과양극형 x-ray tube를 개발하고 특성을 조사하였다.

제안 방법

Ag-target tube는 이전에 보고한 W-target tube[4]와 동일한 방법과 동일한 규격으로 개발하였고, 양극물질만 W 대신 Ag를 증착하여 제작하였다. X-ray tube를 구동하기 위한 power supply는 자체개발하여 사용하였다.
FIG 5는 W-target tube를 이용하여 Ny film의 두께를 각각 60, 180, 300 μm로 변화시키면서 film을 통과한 후의에너지 분포를 측정한 것이고, FIG 6은 같은 조건에서 Ag-target tube를 이용하여 측정한 것이다.
Ag-target tube는 이전에 보고한 W-target tube[4]와 동일한 방법과 동일한 규격으로 개발하였고, 양극물질만 W 대신 Ag를 증착하여 제작하였다. X-ray tube를 구동하기 위한 power supply는 자체개발하여 사용하였다. X-ray의 에너지 분포는 AMTEK(미국)사의 XR-100CR(25 mm² × 500 µm) Si-PIN detector, MCA8000A 및 PX4 power supply를 사용하여 측정하였고, x-ray의 선량(dose)은 S.
필름두께 측정을 위해서는 10 keV 이내의 x-ray를 사용하기 때문에 10 keV용으로 개발하였고, 먼저 개발된 W-target tube[4]와 비교 분석하였다. 아울러 Ny film과 PP film을 이용하여 두께에 따른 필름 투과 특성을 조사하였다.
본 연구에서는 In-Line 필름두께 측정에 적용하기 위한 투과양극형 Ag-target tube를 개발하여 특성을 조사하였다. 필름두께 측정을 위해서는 10 keV 이내의 x-ray를 사용하기 때문에 10 keV용으로 개발하였고, 먼저 개발된 W-target tube[4]와 비교 분석하였다. 아울러 Ny film과 PP film을 이용하여 두께에 따른 필름 투과 특성을 조사하였다.

대상 데이터

X-ray tube의 필름 투과 특성을 조사하기 위하여 두께가 각각 60 μm와 80 μm인 Ny film과 PP film을 사용하였다.
X-ray의 에너지 분포는 AMTEK(미국)사의 XR-100CR(25 mm2 × 500 µm) Si-PIN detector, MCA8000A 및 PX4 power supply를 사용하여 측정하였고, x-ray의 선량(dose)은 S.E.International(독일)사의 ‘X-ray-GammaDosimeter type 27091’를 사용하였다.

성능/효과

수십에서 수백 μm 영역의 필름 두께 측정에 적용하기 위한 Ag-target 투과양극형 x-ray tube를 개발하고 특성을 조사하였다. 10 kV 부근의 관전압에서 Ag-target tube의 연속 x-ray와 특성 x-ray의 에너지 분포 및 선량특성은 알려진 결과와 잘 일치하였고, 먼저 개발되었던 W-target tube와 비교한 결과 예상과 잘 일치하였다. Ny film과 PP film을 이용한 필름 투과실험 결과, Ag-target tube와 W-target tube 둘 다 필름의 두께 측정에 적용할 수 있을 만큼 안정된 특성을 보여 주었다.
이 예상은 진공 중에서 측정한 결과로부터 확인하였다. 10^{- 5} torr 정도의 진공도에서 측정한 결과 Ag L-line은 4배 이상 증가하였고, 대기 중에서는 전혀 검출되지 않는 Al K-line(1.486 keV)까지도 강하게 측정되었다. 이 결과는 다음 논문에서 보고할 예정이다.
반면 관전류를 증가시켰을 때 양극에 충돌하는 전자의 양이 증가하기 때문에 양극에서 방출되는 x-ray의 양은 증가해야 한다. FIG 2에서 보는 바와 같이, 관전류가 변해도 x-ray 에너지의 최대값 위치는 변하지 않고, 관전류가 증가함에 따라 x-ray의 강도는 증가함을 볼 수 있어 예상과 일치함을 알 수 있다. 관전압이 10 kV이기 때문에 양극에 도달하는 전자의 에너지가 10 keV이고 따라서 x-ray 에너지의 최대값도 약 10 keV로 측정되어야 한다.
10 kV 부근의 관전압에서 Ag-target tube의 연속 x-ray와 특성 x-ray의 에너지 분포 및 선량특성은 알려진 결과와 잘 일치하였고, 먼저 개발되었던 W-target tube와 비교한 결과 예상과 잘 일치하였다. Ny film과 PP film을 이용한 필름 투과실험 결과, Ag-target tube와 W-target tube 둘 다 필름의 두께 측정에 적용할 수 있을 만큼 안정된 특성을 보여 주었다. Ag-target tube의 경우, 3 keV 근처의 Ag L-line 때문에 W-target tube에 비해 필름의 두께변화에 대하여 선량이 더 민감하게 변하였다.
실제로 현장에서 필름두께를 측정할 때는 필름의 특성과 두께를 고려하여 적절한 선량과 에너지를 선택하여야 한다. W-target tube는 동일한 관전압과 관전류에서 선량이 충분하기 때문에 다소 두꺼운 필름 혹은 흡수율이 높은 필름의 측정에 유리한 반면, Ag-target tube의 경우 선량은 다소 적지만 투과율이 두께에 민감하기 때문에, 얇은 필름 혹은 흡수율이 낮은 필름의 측정에 더 유리함을 알 수 있었다.
또한 두 tube에서 x-ray 에너지의 최대값 위치는 동일하게 측정되었음을 알 수 있다. 따라서 Ag-target tube의 에너지 분포 특성이 예상과 잘 일치함을 확인할 수 있다. FIG 3(b)는 관전압이 12kV일 때를 비교한 것이다.
Ag-target tube의 경우, 3 keV 근처의 Ag L-line 때문에 W-target tube에 비해 필름의 두께변화에 대하여 선량이 더 민감하게 변하였다. 이 결과로부터 상대적으로 얇은 필름 혹은 흡수율이 낮은 필름의 두께 측정에는 Ag-target tube가 더 유리함을 알 수 있었다.
이 예상을 확인하기 위하여 보인 것이 FIG 3으로써, 관전류가 160μA인 Ag-target tube와 100 μA인 W-target tube의 연속 x-ray가 비슷한 강도로 측정되었음을 확인할 수 있다.
이상의 결과들을 종합하면, W-target tube와 비교한 Ag-target tube의 에너지 분포 및 선량 특성은 예상된 결과와 잘 일치하고 있다. W-target tube의 특성이 검증되어 있기 때문에[4], 개발된 Ag-target tube는 정상적인 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
종합하면, 두 가지 tube 모두 수십에서 수백 μm의 필름 두께 측정에 적용할 수 있음을 확인하였다.
첫 번째 나타난 큰 peak은 L α-line과, 작은 peak은 Lβ -line과 잘 일치하고 있음을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	필름 생산 공정에서 필름 두께의 자동 측정 및 제어는 무엇과 직결되는가?	필름 생산 공정에서 필름 두께의 자동 측정 및 제어는 제품의 원가 경쟁력과 직결되기 때문에, In-Line 두께 측정·제어 설비는 필수적이다. 필름 두께 측정에 사용되는 선원은 주로 방사성 물질(감마선, 혹은 베타선)을 사용하여 왔지만, 최근에는 soft x-ray를 이용한 두께 측정이 주목 받고 있다.
	필름 두께 측정에 사용되는 선원은 주로 무엇을 사용하여 왔는가?	필름 생산 공정에서 필름 두께의 자동 측정 및 제어는 제품의 원가 경쟁력과 직결되기 때문에, In-Line 두께 측정·제어 설비는 필수적이다. 필름 두께 측정에 사용되는 선원은 주로 방사성 물질(감마선, 혹은 베타선)을 사용하여 왔지만, 최근에는 soft x-ray를 이용한 두께 측정이 주목 받고 있다. 방사선원인 경우 선원이 대단히 안정되어 있지만, 고가의 초기설치비용, 높은 유지비용, 인체의 유해성 등의 문제가 있다.
	필름 두께 측정에 사용되는 선원에 주로 사용되는 방사선원은 어떤 장단점이 있는가?	필름 두께 측정에 사용되는 선원은 주로 방사성 물질(감마선, 혹은 베타선)을 사용하여 왔지만, 최근에는 soft x-ray를 이용한 두께 측정이 주목 받고 있다. 방사선원인 경우 선원이 대단히 안정되어 있지만, 고가의 초기설치비용, 높은 유지비용, 인체의 유해성 등의 문제가 있다. 반면 soft x-ray를 이용한 경우, 선원의 안정성은 다소 떨어지지만 방사선원의 문제점을 대부분 보완할 수 있는 장점이 있다.

참고문헌 (5)

United States Patent 4,034,251 July 5, 1977
Comprehensive Analytical Chemistry Volume XXIV G.Svehla 1989 ELSEVIER p70
X-rays in Theory and Experiment. Arthur H. Compton 1967 D.VAN NOSTRAND COMPANY, INC. p89
S. S. Kim, D. Y. Kim, J. Kor. Vac. Soc. 16, 305 (2007)

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Analytical chemistry H. A. Liebhafsky 1972 WILEY INTERSCIENCE p16

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